CN108757059A - 一种汽轮机在节流配汽下的定滑压曲线试验优化方法 - Google Patents

一种汽轮机在节流配汽下的定滑压曲线试验优化方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种汽轮机在节流配汽下的定滑压曲线试验优化方法：a、设置不同调门开度，保持机组热力系统参数稳定15分钟依次完成试验；b、获取DCS试验数据并计算均值；c、计算所有调门开度下的修正通流和修正发电机功率，获得调门流量特性曲线和调门功率特性曲线；d、设置四个调门开度并计算50％、80％额定负荷下的主汽压力，获得四组预选定滑压曲线；e、设置变负荷速率进行升、降负荷试验，计算设置的变负荷速率对应的调门开度；f、计算50％、80％额定负荷下对应的主汽压力并连接这两点绘制直线，从而获得优化后的定滑压曲线；本发明能够获得汽轮机在节流配汽下的定滑压曲线，该曲线兼顾了机组运行经济性和负荷响应特性。

Description

一种汽轮机在节流配汽下的定滑压曲线试验优化方法
技术领域
本发明属于电厂领域，具体涉及一种汽轮机在节流配汽下的定滑压曲线试验优化方法。
背景技术
近年来，新建先进能耗水平的一、二次再热的大型汽轮机组多采用节流配汽方式运行，而一部分参与深度调峰的老旧汽轮机组出于在超低负荷下运行安全性的考量，也采用节流配汽方式运行。以往的汽轮机定滑压曲线优化工作，是汽轮机在喷嘴配汽方式下进行的，而当前大多数在节流配汽方式下运行的汽轮机，电厂只考虑电网对其参与调峰时负荷响应能力的考核要求从而尽量关小调门开度、提高运行主汽压力，忽略了机组的运行经济性，未能够充分挖掘机组的节能潜力。因此，本专利提出了汽轮机在节流配汽下的定滑压曲线试验优化方法，使得机组满足电网对其参与AGC及一次调频等辅助服务的负荷响应要求，同时获得较低的汽轮机热耗率以提升节能运行水平。
发明内容
本发明的目的在于提供一种汽轮机在节流配汽下的定滑压曲线试验优化方法，解决了现有的在节流配汽方式下运行的汽轮机，满足了电网对其的考核要求，但是不能满足节能的要求的缺陷。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明提供的一种汽轮机在节流配汽下的定滑压曲线试验优化方法，包括以下步骤：
步骤1，通过增减给煤量的方式令主汽压力值稳定在额定主汽压力的85％，同时，在25％～60％的k值范围内任取若干个调门开度值k，每个调门开度值k对应一组机组热力系统参数，且使得该组机组热力系统参数在对应的调门开度值k下保持稳定15分钟，依次完成所取的所有调门开度值k的试验，最后将所有机组热力系统参数储存在DCS数据库中；
步骤2，从DCS数据库中选取每个调门开度k值在15分钟内且以T为采样周期进行采集所得的试验数据，并计算该调门开度k值对应的试验数据的均值，其中，所选取的试验数据包括主汽压力、主汽温度、调门开度、发电机功率和调节级后蒸汽压力；
步骤3，根据步骤2所得的调门开度k值对应的试验数据均值，计算该调门开度k值对应的机组修正通流Dc和修正发电机功率Nc，根据机组修正通流Dc和修正发电机功率Nc分别拟合不同的调门开度k值与机组修正通流Dc和修正发电机功率Nc的关系曲线，得到调门流量特性曲线和调门功率特性曲线；
步骤4，根据调门流量特性曲线和调门功率特性曲线，设置四个调门开度并计算50％、80％额定负荷下的主汽压力，从而绘制所得四组预选定滑压曲线；
步骤5，将机组切至协调控制方式，设置变负荷速率，并进行升、降负荷试验，计算发动机功率在1分钟内的变化量的最小值，从而拟合曲线，并在该拟合曲线上查询设置的变负荷速率对应的调门开度k0；
步骤6，在调门功率特性曲线上查询k0对应的修正功率Nc,0，计算50％、80％额定负荷下的主汽压力，根据主汽压力坐标点绘制得到优化后的定滑压曲线。
优选地，步骤1中，试验过程中热力系统参数稳定的判断标准是：主汽压力与85％额定主汽压力偏差不超过0.2MPa，波动幅度不超过0.4MPa；主汽温度、再热蒸汽温度波动幅度不超过8℃，与额定值偏差不超过16℃；低压缸排汽压力与额定值偏差不超过3kPa，波动幅度不超过0.05kPa。
优选地，步骤2中，采样周期T的取值为：T≤30s。
优选地，步骤3中，按照式(1)计算调门开度k值对应的机组修正通流Dc：
式中：Ps为调节级后蒸汽压力的试验数据均值；Pms,t和Tms,t分别为主汽压力、主汽温度的试验数据均值；Pms,c和Tms,c分别为主汽压力、主汽温度的修正数据，其中，Pms,c的取值为85％～90％的额定主汽压力、Tms,c的取值为额定主汽温度；V为以压力、温度计算比容的水蒸气物性函数。
优选地，步骤3中，按照式(2)计算调门开度k值对应的修正发电机功率Nc：
Nc＝Pms,c/Pms,t·kshsp·krhsp·khrh·kcv·Nt (2)
式中：Nt为发电机功率试验数据均值；kshsp和krhsp分别为过热器减温水流量、再热器减温水流量的修正系数，其数值从汽轮机性能简化试验的一类修正曲线中能够得到；khrh和kcv分别为再热蒸汽温度、低压缸排汽压力修正系数，其数值从制造厂提供的二类修正曲线能够得到。
优选地，步骤4中，绘制预选定滑压曲线的具体方法是：
首先，在调门流量特性曲线上，设定上限开度k4和下限开度k1；
其中，将下限开度k1至上限开度k4之间的值域[k1,k4]进行三等分，获得四个调门开度k1、k2、k3、k4；
接着，在调门功率特性曲线上插值计算四个修正功率Nc1、Nc2、Nc3、Nc4；在调门功率特性曲线上任意选取两个额定负荷点，分别记为N1、N2；根据修正功率和两个额定负荷点计算主汽压力Pi-j，得到每个调门开度对应的两个主汽压力Pi-j值；
接着，以该调门开度为横坐标、不同额定负荷点为坐标点[Nj,Pi-j]，并连接直线；
接着，将该直线分别向上延伸至100％额定负荷和向下延伸至40％额定负荷，同时，将该直线超过额定主汽压力的部分以不同负荷下相同的额定主汽压力线段代替，从而获得四组预选定滑压曲线。
优选地，按照式(3)计算调门开度ki、负荷点Ni下的主汽压力Pi-j：
Pi-j＝Nj/Nc,i·Pms,c (3)
式中：i的取值为(1、2、3、4)；j的取值为(1、2)。
优选地，步骤5中，拟合曲线的具体方法是：
首先，将四组预选定滑压曲线修改至DEH中“负荷—主汽压力”定滑压运行函数，并将机组切至协调控制方式；
其次，以电网对机组负荷响应的要求设置变负荷速率，分别在60％、90％额定负荷下进行升、降10％的额定负荷试验；
接着，将DCS数据库中的数据采样周期T设置为T＝1s；
接着，采集机组负荷指令开始后1分钟内的发电机功率，并计算预选定滑压曲线下各个升降负荷试验的发电机功率在1分钟内的变化量的最小值；
最后，将所得的最小值与预选定滑压曲线对应的调门开度拟合曲线，同时，在该曲线上查询设置的变负荷速率对应的调门开度k0。
优选地，步骤6中，按照式(3)计算两个额定负荷点对应的主汽压力并连接这两点绘制直线，同时将该直线向上延伸至100％额定负荷及向下延伸至40％额定负荷，且该直线超过额定主汽压力的部分以不同负荷下相同的额定主汽压力线段代替，从而获得优化后的定滑压曲线。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的一种汽轮机在节流配汽下的定滑压曲线试验优化方法，通过设置不同的调门开度，使得机组热力系统参数在每个调门开度下保持稳定15分钟，进而采集机组热力系统的所有变化参数，根据机组热力系统的变化参数绘制预选定滑压曲线，根据该预选定滑压曲线和设置的变负荷速率绘制汽轮机在节流配汽方式下，进行定滑压曲线优化，该优化后的定滑压曲线是需要寻找合适的调门开度，使机组在给煤量变化作用到负荷变化之前满足电网对其变负荷能力的最低要求，即得到相对最优的运行经济性。
附图说明
图1是本发明涉及的定滑压曲线试验优化方法的流程示意图；
图2是调门流量特性曲线与调门功率特性曲线；该图中的修正通流和修正功率是以最大值的百分比显示的相对数值，而非绝对数值；
图3是四组预选定滑压曲线与优化后的定滑压曲线；该图中的主汽压力是以最大值的百分比显示的相对数值，而非绝对数值。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明进一步详细说明。
电网对于机组负荷响应的时间、速度和量值有明确要求以及考核指标，在电网下达负荷指令后，由于锅炉的大延迟、大惯性，使得给煤量变化不能及时反映到发电功率上，因此在机组变负荷初期需要依靠汽轮机调门开度变化从而充分利用锅炉蓄热以进行快速增减发电功率，一般来说，调门开度越小，调门开启至全开时能释放的锅炉蓄热越多，机组的变负荷能力越强。理论计算与大量试验结果证明，同一负荷下，汽轮机在节流配汽方式下，热耗率与调门开度呈显著的负相关性，即调门开度越大则汽轮机热耗率越低。因此，汽轮机在节流配汽方式下进行定滑压曲线优化，是需要寻找合适的调门开度，使机组在给煤量变化作用到负荷变化之前满足电网对其变负荷能力的最低要求，即得到相对最优的运行经济性。
本发明提供的一种汽轮机在节流配汽下的定滑压曲线试验优化方法，结合当前主流的汽轮机试验规程及方案，实现汽轮机在节流配汽下主汽压力、调门开度的优化运行。
如图1所示，本发明提供的一种汽轮机在节流配汽下的定滑压曲线试验优化方法，包括以下步骤：
步骤1，试验期间不吹灰，同时机组退出AGC、一次调频，切至手动控制方式；设置调门开度k，k的取值范围为25％～60％，通过增减给煤量的方式令主汽压力值稳定在额定主汽压力的85％，同时，在25％～60％的k值范围内任取若干个调门开度值k，且使得机组热力系统参数在每个调门开度值k下保持稳定15分钟，依次完成所有调门开度下的试验，试验过程中机组所有的热力系统参数自动储存在DCS数据库中；
步骤2，将DCS数据库中的数据采样周期T设置为T≤30s，接着从DCS数据库中选取每个调门开度k值在15分钟内且以T为采样周期进行采集所得的试验数据，并计算该调门开度k值对应的试验数据的均值，其中，所选取的试验数据包括主汽压力、主汽温度、调门开度、发电机功率和调节级后蒸汽压力；
步骤3，根据步骤2所得的调门开度k值对应的试验数据均值，按照式(1)计算该调门开度k值对应的机组修正通流Dc：
式中：Ps为调节级后蒸汽压力的试验数据均值；Pms,t和Tms,t分别为主汽压力、主汽温度的试验数据均值；Pms,c和Tms,c分别为主汽压力、主汽温度的修正数据，其中，Pms,c的取值为85％～90％的额定主汽压力、Tms,c的取值为额定主汽温度；V为以压力、温度计算比容的水蒸气物性函数；
按照式(2)计算每个调门开度k值对应的修正发电机功率Nc：
Nc＝Pms,c/Pms,t·kshsp·krhsp·khrh·kcv·Nt (2)
式中：Nt为发电机功率试验数据均值；kshsp和krhsp分别为过热器减温水流量、再热器减温水流量的修正系数，其数值从汽轮机性能简化试验的一类修正曲线中能够得到；khrh和kcv分别为再热蒸汽温度、低压缸排汽压力修正系数，其数值从制造厂提供的二类修正曲线能够得到；
分别拟合不同的调门开度k值与机组修正通流Dc和修正发电机功率Nc的关系曲线，获得如图2所示的调门流量特性曲线和调门功率特性曲线；
步骤4，在调门流量特性曲线上，设定上限开度k4为每变化1％的修正通流对应调门开度变化超过5％的斜率切点，下限开度k1为调门流量特性曲线线性区域对应的调门开度的最大值；
接着将下限开度k1至上限开度k4之间的值域[k1,k4]进行三等分，获得四个调门开度k1、k2、k3、k4；
同时，在调门功率特性曲线上插值计算四个修正功率Nc1、Nc2、Nc3、Nc4；并在调门功率特性曲线上任意选取两个额定负荷点，分别记为N1、N2，按照式(3)计算在调门开度ki、负荷点Ni下的主汽压力Pi-j：
Pi-j＝Nj/Nc,i·Pms,c (3)
式中：i为角标1、2、3、4；j为角标1、2；
本实施例中，选取50％和、80％额定负荷点记为N1、N2；
接着，将同一个i不同j的两个点[Nj,Pi-j]连接直线并分别向上延伸至100％额定负荷和向下延伸至40％额定负荷；该直线超过额定主汽压力的部分以不同负荷下相同的额定主汽压力线段代替，从而获得四组预选定滑压曲线，如图3所示；
步骤5，将机组切至协调控制方式，设置变负荷速率，并进行升、降负荷试验，计算发动机功率在1分钟内的变化量的最小值，从而拟合曲线，并在该拟合曲线上查询设置的变负荷速率对应的调门开度k0，具体地：
首先，将四组预选定滑压曲线修改至DEH中“负荷—主汽压力”定滑压运行函数，并将机组切至协调控制方式；
接着，以电网对机组负荷响应的要求设置变负荷速率，并在60％、90％额定负荷下分别进行升、降10％额定负荷的试验；
接着，在DCS数据库中将数据采样周期T设置为T＝1s，并记录机组负荷指令开始变化后1分钟内的发电机功率；
最后，分别计算在四组预选定滑压曲线下，各个升降负荷试验的发电机功率在1分钟内的变化量的最小值，再将该最小值与四组预选定滑压曲线对应的调门开度拟合曲线，而后在该曲线上查询设置的变负荷速率对应的调门开度k0；
步骤6，在调门功率特性曲线上查询k0对应的修正功率Nc,0，应用公式(3)计算N1、N2对应的主汽压力并连接这两点绘制直线，同时向上延伸至100％额定负荷及向下延伸至40％额定负荷，且将该直线超过额定主汽压力的部分以不同负荷下相同的额定主汽压力线段代替，从而获得优化后的定滑压曲线。
所述的步骤1中，试验过程中热力系统参数稳定的判断标准是：主汽压力与85％额定主汽压力偏差不超过0.2MPa，波动幅度不超过0.4MPa；主汽温度、再热蒸汽温度波动幅度不超过8℃，与额定值偏差不超过16℃；低压缸排汽压力与额定值偏差不超过3kPa，波动幅度不超过0.05kPa；
所述的步骤5中，变负荷速率单位为MW/min，按照各地区电网出台的“两个细则”对火电机组参与AGC的负荷调节速率要求设置。
图3中，优化后的定滑压曲线基于满足电网对机组变负荷能力的最低要求的调门开度，该开度避免了机组参与负荷调节时调门的大幅高频振荡，同时获得了良好的经济性，由汽轮机性能试验数据，优化定滑压曲线前后，机组在100％、75％、50％额定负荷下汽轮机热耗率平均下降了约18kJ/(kW·h)。

Claims (9)

1.一种汽轮机在节流配汽下的定滑压曲线试验优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，通过增减给煤量的方式令主汽压力值稳定在额定主汽压力的85％，同时，在25％～60％的k值范围内任取若干个调门开度值k，每个调门开度值k对应一组机组热力系统参数，且使得该组机组热力系统参数在对应的调门开度值k下保持稳定15分钟，依次完成所取的所有调门开度值k的试验，最后将所有机组热力系统参数储存在DCS数据库中；
步骤2，从DCS数据库中选取每个调门开度k值在15分钟内且以T为采样周期进行采集所得的试验数据，并计算该调门开度k值对应的试验数据的均值，其中，所选取的试验数据包括主汽压力、主汽温度、调门开度、发电机功率和调节级后蒸汽压力；
步骤3，根据步骤2所得的调门开度k值对应的试验数据均值，计算该调门开度k值对应的机组修正通流Dc和修正发电机功率Nc，根据机组修正通流Dc和修正发电机功率Nc分别拟合不同的调门开度k值与机组修正通流Dc和修正发电机功率Nc的关系曲线，得到调门流量特性曲线和调门功率特性曲线；
步骤4，根据调门流量特性曲线和调门功率特性曲线，设置四个调门开度并计算50％、80％额定负荷下的主汽压力，从而绘制所得四组预选定滑压曲线；
步骤5，将机组切至协调控制方式，设置变负荷速率，并进行升、降负荷试验，计算发动机功率在1分钟内的变化量的最小值，从而拟合曲线，并在该拟合曲线上查询设置的变负荷速率对应的调门开度k0；
步骤6，在调门功率特性曲线上查询k0对应的修正功率Nc,0，计算50％、80％额定负荷下的主汽压力，根据主汽压力坐标点绘制得到优化后的定滑压曲线。
2.根据权利要求1所述的一种汽轮机在节流配汽下的定滑压曲线试验优化方法，其特征在于，步骤1中，试验过程中热力系统参数稳定的判断标准是：主汽压力与85％额定主汽压力偏差不超过0.2MPa，波动幅度不超过0.4MPa；主汽温度、再热蒸汽温度波动幅度不超过8℃，与额定值偏差不超过16℃；低压缸排汽压力与额定值偏差不超过3kPa，波动幅度不超过0.05kPa。
3.根据权利要求1所述的一种汽轮机在节流配汽下的定滑压曲线试验优化方法，其特征在于，步骤2中，采样周期T的取值为：T≤30s。
4.根据权利要求1所述的一种汽轮机在节流配汽下的定滑压曲线试验优化方法，其特征在于，步骤3中，按照式(1)计算调门开度k值对应的机组修正通流Dc：
式中：Ps为调节级后蒸汽压力的试验数据均值；Pms,t和Tms,t分别为主汽压力、主汽温度的试验数据均值；Pms,c和Tms,c分别为主汽压力、主汽温度的修正数据，其中，Pms,c的取值为85％～90％的额定主汽压力、Tms,c的取值为额定主汽温度；V为以压力、温度计算比容的水蒸气物性函数。
5.根据权利要求1所述的一种汽轮机在节流配汽下的定滑压曲线试验优化方法，其特征在于，步骤3中，按照式(2)计算调门开度k值对应的修正发电机功率Nc：
Nc＝Pms,c/Pms,t·kshsp·krhsp·khrh·kcv·Nt (2)
式中：Nt为发电机功率试验数据均值；kshsp和krhsp分别为过热器减温水流量、再热器减温水流量的修正系数，其数值从汽轮机性能简化试验的一类修正曲线中能够得到；khrh和kcv分别为再热蒸汽温度、低压缸排汽压力修正系数，其数值从制造厂提供的二类修正曲线能够得到。
6.根据权利要求1所述的一种汽轮机在节流配汽下的定滑压曲线试验优化方法，其特征在于，步骤4中，绘制预选定滑压曲线的具体方法是：
首先，在调门流量特性曲线上，设定上限开度k4和下限开度k1；
其中，将下限开度k1至上限开度k4之间的值域[k1,k4]进行三等分，获得四个调门开度k1、k2、k3、k4；
接着，在调门功率特性曲线上插值计算四个修正功率Nc1、Nc2、Nc3、Nc4；在调门功率特性曲线上任意选取两个额定负荷点，分别记为N1、N2；根据修正功率和两个额定负荷点计算主汽压力Pi-j，得到每个调门开度对应的两个主汽压力Pi-j值；
接着，以该调门开度为横坐标、不同额定负荷点为坐标点[Nj,Pi-j]，并连接直线；
接着，将该直线分别向上延伸至100％额定负荷和向下延伸至40％额定负荷，同时，将该直线超过额定主汽压力的部分以不同负荷下相同的额定主汽压力线段代替，从而获得四组预选定滑压曲线。
7.根据权利要求6所述的一种汽轮机在节流配汽下的定滑压曲线试验优化方法，其特征在于，按照式(3)计算调门开度ki、负荷点Ni下的主汽压力Pi-j：
Pi-j＝Nj/Nc,i·Pms,c (3)
式中：i的取值为(1、2、3、4)；j的取值为(1、2)。
8.根据权利要求7所述的一种汽轮机在节流配汽下的定滑压曲线试验优化方法，其特征在于，步骤5中，拟合曲线的具体方法是：
首先，将四组预选定滑压曲线修改至DEH中“负荷—主汽压力”定滑压运行函数，并将机组切至协调控制方式；
其次，以电网对机组负荷响应的要求设置变负荷速率，分别在60％、90％额定负荷下进行升、降10％的额定负荷试验；
接着，将DCS数据库中的数据采样周期T设置为T＝1s；
接着，采集机组负荷指令开始后1分钟内的发电机功率，并计算预选定滑压曲线下各个升降负荷试验的发电机功率在1分钟内的变化量的最小值；
最后，将所得的最小值与预选定滑压曲线对应的调门开度拟合曲线，同时，在该曲线上查询设置的变负荷速率对应的调门开度k0。
9.根据权利要求8所述的一种汽轮机在节流配汽下的定滑压曲线试验优化方法，其特征在于，步骤6中，按照式(3)计算两个额定负荷点对应的主汽压力并连接这两点绘制直线，同时将该直线向上延伸至100％额定负荷及向下延伸至40％额定负荷，且该直线超过额定主汽压力的部分以不同负荷下相同的额定主汽压力线段代替，从而获得优化后的定滑压曲线。
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